《一种涡轮叶轮分体式结构.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种涡轮叶轮分体式结构.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104074551A43申请公布日20141001CN104074551A21申请号201410300359022申请日20140619F01D5/02200601B23P15/0020060171申请人中国北方发动机研究所天津地址300400天津市北辰区永进道96号中国北方发动机研究所72发明人王正王增全王阿娜王晋伟54发明名称一种涡轮叶轮分体式结构57摘要本发明涉及一种涡轮叶轮分体式结构与加工方法，其特征在于涡轮叶轮由轮盘1和轮毂2组成，所述轮盘1心部有锥形盲孔，所述轮毂2有与轮盘1锥形盲孔进行配合的锥形结构，所述轮盘1在合金铸造成型的基础上加工而成，轮毂2采用合金棒材加。
2、工而成。所述轮毂2锥形结构的高度L2大于轮盘1锥形盲孔深度L1，所述轮盘1和轮毂2采用摩擦焊接方式连接。能够显著地提升增压器涡轮叶轮的心部强度性能，解决钛铝合金等材料在应用于增压器涡轮叶轮时存在的心部强度不足等问题，提高增压器涡轮叶轮的可靠性，满足增压器对涡轮叶轮的使用要求。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页10申请公布号CN104074551ACN104074551A1/1页21一种涡轮叶轮分体式结构，其特征在于涡轮叶轮由轮盘1和轮毂2组成，所述轮盘1心部有锥形盲孔，所述轮毂2有与轮盘1锥形盲孔进行配。
3、合的锥形结构，所述轮毂2锥形结构的高度L2大于轮盘1锥形盲孔深度L1，所述轮盘1和轮毂2采用摩擦焊接方式连接。2根据权利要求1所述的涡轮叶轮分体式结构，其特征在于所述轮毂2锥形结构的高度L2比轮盘1锥形盲孔深度L1大212MM。3根据权利要求1所述的涡轮叶轮分体式结构，其特征在于所述轮盘1锥形盲孔的锥度角1为80160，锥形盲孔深度L1为叶轮厚度的2060，锥形盲孔底部直径D1为525MM，锥形盲孔底部与锥面有过渡圆角R1；轮毂2锥面C的锥度角2与轮盘1锥形盲孔锥度角1相同，轮毂2锥面C小端直径D2与轮盘1锥形盲孔底部直径D1相同，轮毂2的锥面C与底面D之间有过渡圆角R2，R2大小与R1相同，。
4、轮毂2的锥面大端与转轴之间有过渡圆角R3。4根据权利要求1所述的涡轮叶轮分体式结构，其特征在于所述轮盘1在合金铸造成型的基础上加工而成；所述轮毂2由合金棒材加工而成。5根据权利要求1所述的涡轮叶轮分体式结构，其特征在于所述轮盘1中不包含涡轮叶轮轮毂部位的最大应力位置，轮毂2中包含涡轮叶轮轮毂部位的最大应力位置。6一种涡轮叶轮分体式加工方法，其特征在于包括以下步骤A、确定涡轮叶轮的应力空间分布特征采用有限元仿真计算方法确定涡轮叶轮的应力空间分布特征；B、确定轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数根据涡轮叶轮的结构参数与应力空间分布特征，确定轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，涡轮叶轮轮毂部位的最。
5、大应力位于轮毂锥形结构中，轮盘的锥形盲孔锥度角1为80160，深度L1为叶轮厚度的2060，底部直径D1为525MM，锥形盲孔底部B与锥面A有过渡圆角R1；轮毂锥面C的锥度角2与轮盘锥形盲孔锥度1相同，高度L2比锥形盲孔深度L1大212MM，锥面小端直径D2与轮盘锥形盲孔底部直径D1相同，锥面C与底面D之间有过渡圆角R2，R2大小与R1相同，锥面大端与转轴之间有过渡圆角R3；C、轮盘的加工按照步骤B中确定的轮盘尺寸参数进行轮盘的铸造与机械加工，轮盘在合金铸造成型的基础上经过机械加工而成；D、轮毂的加工采用合金棒材，按照步骤B中确定的轮毂尺寸参数，将合金棒材加工成轮毂；E、确定轮盘与轮毂的摩擦焊。
6、接工艺参数根据涡轮叶轮的材料性能以及轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，确定轮盘与轮毂的摩擦焊接工艺参数，包括轮盘与轮毂之间的相对旋转角速度、轴向力与进给量；F、轮盘与轮毂的摩擦焊接采用摩擦焊接方式，在摩擦焊机上通过夹具将轮盘与轮毂分别固定在两端，按照步骤E确定的工艺参数，将轮毂与轮盘焊接在一起，形成完整的涡轮叶轮。权利要求书CN104074551A1/4页3一种涡轮叶轮分体式结构技术领域0001本发明属于涡轮增压技术领域，具体涉及一种涡轮叶轮分体式结构与加工方法。背景技术0002涡轮增压器是发动机提升功率密度、改善高原环境适应性的关键零部件之一，涡轮叶轮作为涡轮增压器的核心零部件，承担着将。
7、发动机气缸排出的废气能量转化为增压器压气机叶轮工作所需机械功的功能。目前，增压器涡轮叶轮主要采用的是铸造镍基高温合金K418材料，但是由于K418合金材料的密度比较大，由其铸造成型的增压器涡轮叶轮的转动惯量也比较大，导致废气涡轮增压发动机的瞬态响应性较差；此外，K418合金涡轮叶轮的重量也比较大，不利于发动机的轻量化设计。0003为提高涡轮增压发动机瞬态响应性，减轻涡轮增压器的重量，增压器涡轮叶轮可以采用比强度较高的钛铝合金材料代替K418合金材料。由于钛铝合金材料的密度为387103KG/M3，约为K418合金密度的43，并且钛铝合金具有良好的高温性能和抗氧化性能，采用钛铝合金制造的增压器涡。
8、轮叶轮，不仅可以有效降低涡轮增压器转子的转动惯量，改善发动机的瞬态响应性，而且可以降低涡轮叶轮的重量，有助于实现涡轮增压器和发动机的轻量化。但是，由于钛铝合金属于金属间化合物，受材料自身特点的影响以及增压器涡轮叶轮铸造成型工艺的制约，由钛铝合金铸造成型的增压器涡轮叶轮普遍存在心部力学性能差的问题，涡轮叶轮的心部拉伸强度仅为母合金拉伸强度的58，导致铸造钛铝合金涡轮叶轮的超速裕度不足，难以满足涡轮叶轮的可靠性要求。发明内容0004本发明为解决铸造钛铝合金涡轮叶轮心部强度较低、涡轮叶轮可靠性差的技术问题，提出一种涡轮叶轮分体式结构与加工方法。0005涡轮叶轮由轮盘与轮毂组成，轮盘上有锥形盲孔，轮毂。
9、上有与轮盘锥形盲孔进行焊接的锥形结构，涡轮叶轮通过轮盘与轮毂的摩擦焊接而成。通过分析涡轮叶轮的应力空间分布特征，合理设计轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，轮盘在合金铸造成型的基础上加工而成，轮毂采用合金棒材机械加工而成。根据涡轮叶轮的材料性能参数以及轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，确定轮盘与轮毂的摩擦焊接工艺参数，采用摩擦焊接的方式将轮盘与轮毂焊接在一起形成完整的涡轮叶轮。0006本发明的技术方案0007一种涡轮叶轮分体式结构，其特征在于涡轮叶轮由轮盘1和轮毂2组成，所述轮盘1心部有锥形盲孔，所述轮毂2有与轮盘1锥形盲孔进行配合的锥形结构，所述轮毂2锥形结构的高度L2大于轮盘1锥形盲。
10、孔深度L1，所述轮盘1和轮毂2采用摩擦焊接方式连接形成完整的涡轮叶轮。0008一种增压器涡轮叶轮分体式加工方法，包括以下步骤0009A、确定涡轮叶轮的应力空间分布特征采用有限元仿真计算方法确定涡轮叶轮的说明书CN104074551A2/4页4应力空间分布特征；0010B、确定轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数根据涡轮叶轮的结构参数与应力空间分布特征，确定轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，涡轮叶轮轮毂部位的最大应力位于轮毂锥形结构中，轮盘的锥形盲孔锥度角1为80160，深度L1为叶轮厚度的2060，底部直径D1为525MM，锥形盲孔底部B与锥面A有过渡圆角R1；轮毂锥面C的锥度角2与轮盘锥。
11、形盲孔锥度1相同，高度L2比锥形盲孔深度L1大212MM，锥面小端直径D2与轮盘锥形盲孔底部直径D1相同，锥面C与底面D之间有过渡圆角R2，R2大小与R1相同，锥面大端与转轴之间有过渡圆角R3；0011C、轮盘的加工按照步骤B中确定的轮盘尺寸参数进行轮盘的铸造与机械加工，轮盘在合金铸造成型的基础上经过机械加工而成；0012D、轮毂的加工采用合金棒材，按照步骤B中确定的轮毂尺寸参数，将合金棒材加工成轮毂；0013E、确定轮盘与轮毂的摩擦焊接工艺参数根据涡轮叶轮的材料性能以及轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，确定轮盘与轮毂的摩擦焊接工艺参数，包括轮盘与轮毂之间的相对旋转角速度、轴向力与进给量；。
12、0014F、轮盘与轮毂的摩擦焊接采用摩擦焊接方式，在摩擦焊机上通过夹具将轮盘与轮毂分别固定在两端，按照步骤E确定的工艺参数，将轮毂与轮盘焊接在一起，形成完整的涡轮叶轮。0015本发明的有益效果是通过分析增压器涡轮叶轮的应力空间分布特征，合理设计轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，轮盘在合金铸造成型的基础上经过机械加工而成，轮毂用合金棒材机械加工而成，确定轮盘与轮毂的摩擦焊接工艺参数，采用摩擦焊接方式将轮盘与轮毂焊接在一起形成完成的涡轮叶轮，在此基础上按照涡轮叶轮的整体结构尺寸参数进行机械加工。该方法与结构能够显著地提升增压器涡轮叶轮的心部强度性能，解决钛铝合金等材料在直接铸造成型增压器涡轮叶。
13、轮时存在的心部强度不足等问题，提高增压器涡轮叶轮的可靠性，满足增压器对涡轮叶轮的使用要求。附图说明0016图1是轮盘结构示意图。0017图2是轮毂结构示意图。00181轮毂2轮盘0019图3是涡轮叶轮结构示意图。具体实施方式0020一种涡轮叶轮分体式结构，涡轮叶轮由轮盘1和轮毂2组成，所述轮盘1心部有锥形盲孔，锥度角1为80160，锥形盲孔深度L1为叶轮厚度的2060，锥形盲孔底部直径D1为525MM，锥形盲孔底部与锥面有过渡圆角R1；所述轮毂2有与轮盘1锥形盲孔进行配合的锥形结构，轮毂2锥面C的锥度角2与轮盘1锥形盲孔锥度角1相同，轮毂2锥面C的高度L2比轮盘1锥形盲孔深度L1大212MM，。
14、轮毂2锥面小端直径D2与轮盘1锥形盲孔底部直径D1相同，轮毂2的锥面C与底面D之间有过渡圆角R2，R2大小与R1相说明书CN104074551A3/4页5同，轮毂2的锥面大端与转轴之间有过渡圆角R3。所述轮盘1中不包含涡轮叶轮轮毂部位的最大应力位置，轮毂2中包含涡轮叶轮轮毂部位的最大应力位置。所述轮盘1是在合金铸造成型的基础上加工而成；所述轮毂2由合金棒材加工而成；所述的轮盘1和轮毂2采用摩擦焊接方式形成完整的涡轮叶轮。0021轮毂2锥面的高度L2比轮盘1锥形盲孔深度L1大212MM，有利于摩擦焊焊接牢固，提高焊接质量。0022轮盘1锥形盲孔的锥度角1为80160，锥形盲孔深度L1为叶轮厚度的。
15、2060，锥形盲孔底部直径D1为525MM，锥形盲孔底部与锥面有过渡圆角R1；轮毂2锥面C的锥度角2与轮盘1锥形盲孔锥度角1相同，轮毂2锥面C小端直径D2与轮盘1锥形盲孔底部直径D1相同，轮毂2的锥面C与底面D之间有过渡圆角R2，R2大小与R1相同，轮毂2的锥面大端与转轴之间有过渡圆角R3。有利于提高涡轮叶轮的可靠性。0023轮盘1在合金铸造成型的基础上加工而成；所述轮毂2由合金棒材加工而成，有利于提高涡轮叶轮心部强度与可靠性，提高涡轮叶轮成品率。0024轮盘1中不包含涡轮叶轮轮毂部位的最大应力位置，轮毂2中包含涡轮叶轮轮毂部位的最大应力位置，可以进一步提升涡轮叶轮的可靠性。0025一种涡轮叶。
16、轮分体式加工方法，包括以下步骤0026A、确定涡轮叶轮的应力空间分布特征采用有限元仿真计算方法确定涡轮叶轮的应力空间分布特征；0027B、确定轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数根据涡轮叶轮的结构参数与应力空间分布特征，确定轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，涡轮叶轮轮毂部位的最大应力位于轮毂锥形结构中，轮盘的锥形盲孔锥度角1为80160，深度L1为叶轮厚度的2060，底部直径D1为525MM，锥形盲孔底部B与锥面A有过渡圆角R1；轮毂锥面C的锥度角2与轮盘锥形盲孔锥度1相同，高度L2比锥形盲孔深度L1大212MM，锥面小端直径D2与轮盘锥形盲孔底部直径D1相同，锥面C与底面D之间有过渡圆角。
17、R2，R2大小与R1相同，锥面大端与转轴之间有过渡圆角R3，如图1和图2所示，例如，对于直径为95MM、厚度为395MM的铸造钛铝合金增压器涡轮叶轮，轮盘的锥形盲孔锥度角1为85，深度L1为20MM，底部直径D1为10MM，锥形盲孔底部与锥面过渡圆角R1为2MM；轮毂锥面C的锥度角2为85，高度L2为22MM，锥面小端直径D2为10MM，锥面C与底面D之间的过渡圆角R2为2MM，锥面大端与转轴之间的过渡圆角R3为3MM；0028C、轮盘的加工按照步骤B中确定的轮盘尺寸参数进行轮盘的铸造与机械加工，轮盘在合金铸造成型的基础上经过机械加工而成；0029D、轮毂的加工采用合金棒材，按照步骤B中确定的。
18、轮毂尺寸参数，将合金棒材加工成轮毂；0030E、确定轮盘与轮毂的摩擦焊接工艺参数根据涡轮叶轮的材料性能以及轮盘锥形盲孔与轮毂锥形结构的尺寸参数，确定轮盘与轮毂的摩擦焊接工艺参数，包括轮盘与轮毂之间的相对旋转角速度、轴向力与进给量；0031F、轮盘与轮毂的摩擦焊接采用摩擦焊接方式，在摩擦焊机上通过夹具将轮盘与轮毂分别固定在两端，按照步骤E确定的工艺参数，将轮毂与轮盘焊接在一起，形成完整的涡轮叶轮，如图3所示。说明书CN104074551A4/4页60032对于直径为95MM、厚度为395MM的铸造钛铝合金增压器涡轮叶轮，优选的轮盘与轮毂尺寸参数为轮盘锥形盲孔锥度角1为85，深度L1为20MM，底部直径D1为10MM，锥形盲孔底部与锥面过渡圆角R1为2MM；轮毂锥面C的锥度角2为85，高度L2为22MM，锥面小端直径D2为10MM，锥面C与底面D的过渡圆角R2为2MM，锥面大端与转轴的过渡圆角R3为3MM。说明书CN104074551A1/1页7图1图2图3说明书附图CN104074551A。